计算机网络-关于信号的调制_大学生计算机网络(第八版)中调制是什么

1 基本概念

1.1 数据通信系统的模型

数据通信的过程如下（从左到右）：

1. PC机(左)输出文字、图像等数据信号转换为数字比特流发送给调制解调机（Modem，俗称“猫”），调制解调器将数字比特流转换为模拟信号，通过传输系统传输。
2. 上述过程的逆过程，到PC机(右)，显示PC机(左)发送过来的数据。

为什么要进行这样复杂的转换？

1. 我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来"翻译"两种不同的信号。
2. 连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号"翻译"成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做"调制"。当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个“翻译”，这个过程叫作“解调”。总的来说就称为“调制解调”。

1.2 基带(baseband)信号和带通(band pass)信号

• 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号，如PC机(左)发出的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号，往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道（如电话线）并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)
• 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）

2 信号的调制

调制技术分为两大类，一类是基带调制，一类是带通调制

2.1 基带调制

仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)

基带调制常见的编码方式有四种：

1. 不归零码：正电平代表 1，负电平代表 0
2. 归零码：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0
3. 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义
4. 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1

2.1.1 不归零码

• 原理：用两种不同的电平表示二进制位”0“和”1“，其中高电平为”1“，低电平为”0“
• 优点：容易实现
• 缺点：缺乏同步功能，难以分辨某一位的开始和另一位的结束（如图中相邻的00或11，难以分辨何时开始何时结束），因此发送方和接收方必须要有时钟同步，此外若信号中的相邻0或相邻1过多，会造成直流分量的累积，但现实中的信道不能传输过多直流分量，这也是为什么要调制的原因
  

2.1.2 归零码

• 原理：归零码是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式，用极性不同的脉冲分别表示二进制的“1”和“0”，在脉冲结束之后要维持一段时间的零电平
• 优点：能够自同步
• 缺点：信息密度低
  

2.1.3 曼彻斯特编码

• 原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“1”，从高跳到低表示“0”
• 优点：克服了不归零码的不足，每一位中间的跳变，既可以当作数据，又可以当作时钟，可以实现自动同步，因此曼彻斯特编码也被称为自带时钟的编码
  

2.1.4 差分曼彻斯特编码

• 原理：每一位中间都有一个跳变，毎位开始时有跳变表示“0″，无跳变表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
• 优点：他的时钟和数据进行了分离，便于提取
  

2.1.5 基带调制的比较

2.2 带通调制

使用载波调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段并转换为模拟信号

最基本的二元制调制方法有以下三种：

1. 调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化
2. 调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而变化
3. 调相（PM）：载波的初始相位随基带数字信号而变化

三种调制方法如下：

2.2.1 正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，如下正交振幅调制 QAM星座图，可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。由于4bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4bit的编码。

不是码元越多越好。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难，出错率增加

注：图中 r 代表振幅，φ 代表相位